用于采用分布式源进行X射线成像的高分辨率准静态设置

技术领域

本发明涉及医学成像领域，更一般地涉及非侵入性成像领域。具体而言，本发明涉及采集成像体积的X射线图像数据的方法，和具有分布式X射线源结构的X射线成像系统，该分布式X射线源结构具有多个单独的源元件。

背景技术

在以下对本主题背景的描述中，提及了某些结构和方法。这种提及不一定要解释为在适当法定条文之下承认这些结构和方法具有作为现有技术的资格。申请人保留权利来证明所提及的任意主题不构成相对于本主题的现有技术。

X射线成像系统在医学和非医学领域中都被用于各种应用。具有多个单独源(例如，碳纳米管发射器＝CNT)的分布式X射线源结构的发展允许X射线成像系统的新几何结构。具有分布式源的断层成像系统使得不移动X射线源结构和/或探测器而仅仅通过顺序开启(switch)单独的X射线源结构(无移动元件)的对象扫描成为可能。

X射线图像空间分辨率的限制与受单独源元件的数量和位置限制的投影的子采样和数据采集有关。

确切的说，分布式X射线源结构的间距限制了在静态几何结构中可能投影的数量。取决于源结构的单独源元件的数量、复杂性和尺寸，仅可以实现有限的空间分辨率。

US2007/0009088公开了一种用于使用分布式X射线源来成像的系统和方法。该系统包括分布式X射线源和探测器。该分布式X射线源配置为从布置在线性、弓形或者曲线部分或者非平面表面上的多个发射点来发射X射线。该探测器配置为响应于入射至该探测器上的X射线来生成多个信号。在采集期期间，需要时间来移动管以及允许扫描架变得稳定，并且在此期间对象保持不动。固定的、分布式X射线源将允许源位置的快速开启，并且由于消除运动而改善了图像质量。

US2007/0009081A1公开了一种计算机断层摄影设备。该设备包括分布式X射线源。X射线源包括：阴极，其具有可分别编程的在施加电场时发射电子束的多个电子发射单元；阳极靶，当被发射电子束撞击时发射X射线束；和准直器，以及X射线探测单元。

本发明的目的在于使用具有分布式X射线源结构的X射线成像系统来提高X射线图像的空间分辨率，并获得成像体积的更好子采样。另外本发明的目的在于为了患者的舒适性和健康而减少采集时间。

发明内容

这一目的可通过根据独立权利要求之一的主题来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的第一方面，提出一种用于采集成像体积的X射线图像数据的方法。该方法使用探测器和具有多个单独源元件的分布式X射线源结构，其中该单独源元件彼此以共同间距均匀分布。该方法包括步骤：相对于该成像体积移动该分布式X射线源结构和/或该探测器，其中在X射线图像数据采集期间，该分布式X射线源结构的最大移动距离d_max限于该间距的长度l_p；从该分布式X射线源结构发射X射线，并响应于入射至该探测器上的该X射线生成多个信号。

该分布式X射线源结构的多个单独源元件可以在平面的轴上线性排列(一维)，或者在平面的区域上排列(二维阵列)。线性排列或者区域上的二维排列都可按照支撑结构的形状以至少一个预定义半径弯曲。

间距以此定义为相邻的单独源元件的中点之间的距离或者角度。

通常，所述间距在至少一个方向上针对所有元件都是相等的。在这种情况下，该间距称为共同间距。但是由于分布式X射线源结构可以是线性、弓形、和/或表面X射线源结构，因此应理解的是在示例性实施例中，在二维阵列的情况下该分布式X射线源可具有多于一个的共同间距。确切的说，如果该阵列构造为N×M矩阵，其中在第一方向上(X-方向)具有N个单独源元件，并在第二方向上(Y-方向)具有M个单独源元件，那么在第一方向中的共同间距的长度l_pN与第二方向中的共同间距的长度l_pM不同：l_pN≠l_pM。

因而，在X射线图像数据的采集期间，分布式X射线源结构在每个移动方向上的移动可具有不同的分布式X射线源结构最大移动距离d_max。该限制取决于在X或Y移动方向上的不同间距的长度l_pN或l_pM。

换而言之，在第一发射位置发射电子之后，如果单独源元件的中点(焦斑)到达第一发射位置，那么分布式X射线源结构的移动停止在邻近的单独源元件的最近中点。

在本发明的一个方面中，分布式X射线源结构的移动并不限于一个或者两个方向。相反，移动在所有空间方向上都是可能的。在一个优选实施例中，移动方向在与分布式X射线源结构的形状匹配的所定义位置沿着切向量的方向。

在一个方面中，X射线成像系统包括探测器和具有多个单独源元件的分布式X射线源结构。该单独源元件彼此以共同间距均匀分布，该X射线成像系统方法配置为采集成像体积的X射线图像数据。该分布式X射线源结构和/或探测器配置为相对于成像体积移动，其中在该X射线图像数据采集期间，该分布式X射线源结构的最大移动距离d_max限于该间距的长度l_p。另外，该分布式X射线源结构配置为在该分布式X射线源结构和/或探测器的移动期间发射X射线。该探测器配置为在该分布式X射线源结构和/或探测器的移动期间响应于入射至该探测器的X射线来生成多个信号。

根据本发明的一个实施例，在该X射线图像数据采集期间，该分布式X射线源结构的最大移动距离d_max根据d_max＝l_p-d_samp进一步限于该间距的长度l_p减去预定义采样距离d_samp。

进一步的限制仍然是可能的，因为例如在该X射线图像数据采集期间，该分布式X射线源结构的最大移动距离d_max进一步限于该间距的长度l_p的1/2，1/3，或者1/4。通常，最大移动距离d_max＝1/n*l_p(n≥1)在本发明的范围之内。

根据另一方面，除了快速重复开启方案之外，分布式源结构的几厘米或者甚至只是毫米的缓慢移动(例如正弦曲线)允许空间分辨率和图像质量的极大提高，因为可以获得更多的额外投影。与层析断层摄像系统的全旋转(如CT)或者45°-90°移动相比，这种系统的移动将是最小的。这使得更好和患者更舒适的设计成为可能，并且同时降低了对快速机械移动的需求，从而减少了机械系统的成本和复杂性。移动的速度优选在0.1×10^-4m/s到5×10^-2m/s的范围之间。

在一个方面中，在采集期间源结构的移动距离是分布式X射线源结构的共同间距的最大长度，并且因此必须只是几厘米或者甚至几毫米。该间距优选从1mm和40cm之间的范围选择。通过使用例如纳米管发射器作为单独源元件，可能从0.1mm到10cm的范围内选择共同间距。

根据另一方面，在一个探测器帧积分周期期间的移动速度和/或移动距离限于可容忍的空间分辨率需求(移动伪迹)。

在又一方面中，移动本身可以是连续的往复移动。其不一定如“标准”层析断层摄像系统所实行的那样具有连续旋转(如在CT中)或者沿着圆弧一部分的旋转。该完整的机械设置很容易实现并且源快速开启的优点可以与简单的小距离移动相组合以实现很高的分辨率采样。

在另一方面中，源结构的移动等同于正弦曲线移动。所述移动可以通过用于将旋转变换为线性移动的装置实现，例如通过使用连杆和曲轴设备。所述旋转优选是连续的。

仍根据本发明的另一方面，源结构、待检查对象的成像体积和/或探测器的实际位置通过测量装置来测量。所述对象对于彼此的相对位置优选通过测量装置测量。在一个方面中，该方法优选包括在该分布式X射线源结构和/或该探测器的移动期间测量该分布式X射线源结构和/或该探测器和/或待检查对象的实际位置。

在又一方面中，移动被用于发射的X射线源结构的单独元件的重复性同步顺序开启所覆盖，优选沿着扫描轨迹。因而，X射线的发射在分布式X射线源结构和/或探测器的移动期间发生。根据另一方面，使用移动致动器。对于这种移动致动器而言，对速度方面的要求是低的，但是对必须具有良好的位置精度以定义源位置。

根据又一方面，探测器生成多个信号在分布式X射线源结构和/或探测器的移动期间发生。

在本发明的一个方面中，从所选择的要开启的源元件的位置与源阵列移动的覆盖来测量或者计算源的位置。

根据另一方面，移动速度和开启速度以如此方式关联以针对完整的采集实现具有等距采样点的连续轨迹。

根据又一方面，移动速度和开启速度以如此方式关联以针对预定义完整水平的采集实现优选具有等距采样点的轨迹。

根据又一方面，本发明的主题优选用于CT、μCT、层析断层摄像和其它高分辨断层摄像的成像应用。

在又一实施例中，该方法还包括通过处理装置来探测特定感兴趣对象的位置和/或尺寸。该探测可以通过自动解析先前获得的成像体积的数据集而实现。例如，在第一检查过程中通过X射线系统来检查患者身体的一部分，例如躯干。这一第一检查过程相对于X射线源结构可是静态的。在这一第一检查过程中，所发射的X射线元件被分别，或者以预定义组或者所有同时开启以用于发射。为了减少发射能量，优选从具有比分布式X射线源结构的共同间距更大的共同网格点距离d_g的多个单独源元件来选择发射元件网格；该共同网格点距离可是d_g＝N*l_p，其中N≥2。在第一检查过程期间，不需要进行移动。从所述第一检查过程的探测器信号中获得的数据集被检查以定位特定的感兴趣对象。这一检查可以用现有技术公知的方法之一自动执行，或者由操作者手动执行。特定的感兴趣对象可是器官，例如肺、心脏，或者器官的一部分。

根据该方法实施例的另一方面，在下一步骤中从多个单独源元件中选择一组单独源元件，其中该选择取决于特定感兴趣对象的尺寸和/或位置。优选选择所有的单独源元件，其所发射的射束/焦点覆盖特定感兴趣器官的至少部分体积。

应理解的是该选择可针对多于一个的器官执行。

根据另一方面，单独源的选择可以由操作者手动完成。

根据另一方面，单独源的选择可以通过使用具有典型对象尺寸和位置的图像模型来自动完成。在这一可选的方法步骤中，操作者可定义一个特定的感兴趣对象。取决于模型图像(其可以是模拟图像或者医学图像)中对象的尺寸和位置，其发射焦点横跨所选择器官的模型图像相关区域的单独源元件被选择以用于根据权利要求1方法的稍后(第二)检查。

在本发明的一个其它实施例中，可应用其它选择标准，其中该选择标准包括图像质量、所发射辐射的总剂量、用户决策、定量采集阈值、分辨率的定量(ration)、采集时间。

在第二检查过程中，执行根据权利要求1的方法。

确切的说，在X射线源结构的移动期间，只有先前选择了的单独源元件和/或探测器的单独元件被开启来以预定义进展进行发射。

因而，可显著减少辐射照射，但是以最精确的方式利用高空间分辨率检查成像体积的相关部分，特定感兴趣对象。

必须注意的是参照不同主题来描述了本发明的实施例。具体而言，一些实施例参照方法来描述，而其它实施例参照X射线源结构来描述。然而，本领域技术人员从以上和以下描述将可了解，除非另外告知，除了属于一种类型主题的特征的任意组合之外，同样，在涉及不同主题的特征之间的任意组合也视为被本申请公开了。

本发明的以上定义方面和进一步方面、特征和优点可以从以下描述的实施例的例子中获得，并参照该实施例的例子来说明。以下将参照实施例的例子更加详细地描述本发明，但是本发明不限于该实施例的例子。

附图说明

图1示出了具有分布式X射线源结构的静态层析断层摄像系统；

图2示出了允许沿着源弓的有限移动的准静态层析断层摄像系统，其中最大移动距离等于源的间距；

图3示出了用于将分布式X射线源结构的旋转移动变换为线性移动的变换装置；

图4示出了分布式X射线源结构；

图5示出了根据用于采集成像体积的X射线图像数据的方法的不同实施例的流程图。

附图中的图示只是示意性的。